กายวิภาคศาสตร์และสรีรวิทยาของระบบการได้ยิน
ระบบการได้ยินจะเปลี่ยนคลื่นเสียงในอากาศให้เป็นสัญญาณประสาทที่สมองสามารถตีความได้ โดยทั่วไปแบ่งออกเป็นหูชั้นนอก ซึ่งทำหน้าที่รวบรวมและนำเสียง; หูชั้นกลาง ซึ่งทำหน้าที่ปรับความต้านทานของอากาศให้เข้ากับของเหลวและส่งผ่านการสั่นสะเทือนผ่านกระดูกหู; หูชั้นใน ซึ่งมีคอเคลียทำหน้าที่วิเคราะห์ความถี่และเปลี่ยนการเคลื่อนไหวเชิงกลเป็นกิจกรรมทางไฟฟ้า; และเส้นประสาทหูและวิถีประสาทส่วนกลาง ซึ่งทำหน้าที่นำและประมวลผลสัญญาณที่เกิดขึ้น พื้นที่นี้จะช่วยให้ผู้เรียนเข้าใจเส้นทางตั้งแต่ต้นจนจบ และหัวข้อที่ตรวจสอบแต่ละขั้นตอนโดยละเอียด
Definition
ระบบการได้ยินคือชุดของโครงสร้างส่วนปลายและส่วนกลางที่รับพลังงานเสียง ส่งและขยายเสียง วิเคราะห์ตามความถี่ เปลี่ยนเป็นกระแสประสาท และส่งกระแสประสาทเหล่านั้นผ่านเส้นประสาทหูไปยังก้านสมองและเยื่อหุ้มสมองส่วนการได้ยินเพื่อการรับรู้
Scope
นี่คือภาพรวมเบื้องต้นของกายวิภาคศาสตร์การได้ยินส่วนปลายและส่วนกลาง รวมถึงขั้นตอนทางสรีรวิทยาของการได้ยินปกติ โดยจะอธิบายว่าหูชั้นนอก หูชั้นกลาง และหูชั้นใน เซลล์ขน เส้นประสาทหู และวิถีประสาทส่วนกลางทำงานร่วมกันอย่างไร กลไกและสรีรวิทยาโดยละเอียดของแต่ละขั้นตอนจะถูกพัฒนาในหัวข้อย่อย ครอบคลุมโครงสร้างและการทำงานปกติเพื่อการอ้างอิงและการศึกษา ไม่ใช่เพื่อการวินิจฉัยหรือการจัดการความผิดปกติของการได้ยิน
Sub-topics
Core questions
- ระบบนำเสียงจากอากาศที่หูชั้นนอกไปสู่กิจกรรมทางไฟฟ้าในเส้นประสาทหูได้อย่างไร?
- ความไม่เข้ากันของความต้านทานระหว่างอากาศกับของเหลวในคอเคลียถูกเอาชนะได้อย่างไร?
- คอเคลียแยกเสียงออกเป็นความถี่องค์ประกอบได้อย่างไร?
- การสั่นสะเทือนเชิงกลถูกเปลี่ยนเป็นสัญญาณประสาทได้อย่างไร และสัญญาณนั้นถูกทำให้คมชัดขึ้นได้อย่างไร?
- ข้อมูลการได้ยินถูกจัดระเบียบและประมวลผลตามวิถีประสาทส่วนกลางได้อย่างไร?
Key concepts
- การนำเสียง (หูชั้นนอกและหูชั้นกลาง)
- การปรับความต้านทาน
- คลื่นเดินทางและโทโนโทปีของคอเคลีย
- การแปลงสัญญาณเชิงกลไฟฟ้าโดยเซลล์ขน
- เครื่องขยายเสียงคอเคลียและการเคลื่อนที่ด้วยไฟฟ้าของเซลล์ขนชั้นนอก
- การจัดระเบียบแบบโทโนโทปิกของวิถีประสาทส่วนกลาง
- การเข้ารหัสความถี่ตามตำแหน่งและเวลา
Mechanisms
เสียงจะถูกรวบรวมโดยใบหูและรวมเข้าสู่ช่องหูไปยังเยื่อแก้วหู กระดูกหูชั้นกลางจะเชื่อมโยงการสั่นสะเทือนนี้ไปยังช่องรูปไข่ โดยใช้พื้นที่และอัตราส่วนคานงัดเพื่อเอาชนะความไม่เข้ากันของความต้านทานระหว่างอากาศกับของเหลวในคอเคลีย ภายในคอเคลีย การเคลื่อนที่ของของเหลวที่เกิดขึ้นจะสร้างคลื่นเดินทางไปตามเยื่อฐาน ซึ่งตำแหน่งสูงสุดขึ้นอยู่กับความถี่ ทำให้เกิดแผนที่โทโนโทปิก (tonotopic map) เซลล์ขนที่อยู่บนเยื่อนี้จะเปลี่ยนการเบี่ยงเบนของสเตอริโอซิเลีย (stereocilia) ให้เป็นการเปลี่ยนแปลงศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ ในขณะที่เซลล์ขนชั้นนอก ซึ่งขับเคลื่อนบางส่วนโดยโปรตีนมอเตอร์เพรสติน (prestin) จะขยายและทำให้การตอบสนองคมชัดขึ้นอย่างกระตือรือร้น (Robles & Ruggero, 2001; Fettiplace & Fuchs, 1999) สัญญาณที่ถูกแปลงจะถูกเข้ารหัสในการยิงของเส้นใยประสาทคอเคลีย (ประสาทหู) และส่งผ่านนิวเคลียสของก้านสมองไปยังเยื่อหุ้มสมองส่วนการได้ยิน ซึ่งคุณสมบัติต่างๆ เช่น ระดับเสียง ตำแหน่ง และวัตถุเสียงจะถูกสกัดออกมา (Griffiths & Warren, 2004)
Clinical relevance
ความเข้าใจกายวิภาคศาสตร์และสรีรวิทยาการได้ยินปกติเป็นพื้นฐานในการตีความการประเมินการได้ยินและเหตุผลสำหรับอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องช่วยฟังและประสาทหูเทียม พื้นที่นี้อธิบายว่าระบบที่แข็งแรงทำงานอย่างไรเพื่อเป็นรากฐานอ้างอิง เป็นการศึกษาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล
History
ความเข้าใจสมัยใหม่เกี่ยวกับการทำงานของคอเคลียอยู่บนพื้นฐานของการสาธิตคลื่นเดินทางไปตามเยื่อฐานของ Georg von Bekesy ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ซึ่งเป็นผลงานที่ได้รับการยอมรับด้วยรางวัลโนเบล การวิจัยในภายหลังแสดงให้เห็นว่าคอเคลียไม่ใช่เครื่องวิเคราะห์แบบพาสซีฟ แต่มีเครื่องขยายเสียงแบบแอคทีฟที่ขับเคลื่อนโดยเซลล์ขนชั้นนอก และระบุว่าเพรสตินเป็นมอเตอร์ที่อยู่เบื้องหลังการเคลื่อนที่ด้วยไฟฟ้า (electromotility) ของพวกมัน (Zheng et al., 2000, อ้างอิงในหัวข้อหูชั้นใน) ความก้าวหน้าเหล่านี้ ร่วมกับการศึกษาโดยละเอียดเกี่ยวกับการแปลงสัญญาณเชิงกลของเซลล์ขน (hair-cell mechanotransduction) และการประมวลผลการได้ยินส่วนกลาง ได้สร้างภาพรวมแบบบูรณาการที่สรุปไว้ที่นี่ (Robles & Ruggero, 2001)
Key figures
- Georg von Bekesy
- Luis Robles
- Mario Ruggero
- Robert Fettiplace
- Peter Dallos
Related topics
Seminal works
- robles-ruggero-2001
- fettiplace-fuchs-1999
- griffiths-warren-2004
Frequently asked questions
- ส่วนประกอบหลักของระบบการได้ยินมีอะไรบ้าง?
- หูชั้นนอก (ใบหูและช่องหู), หูชั้นกลาง (เยื่อแก้วหูและกระดูกหู), หูชั้นใน (คอเคลียและเซลล์ขน), และเส้นประสาทหูพร้อมวิถีประสาทการได้ยินส่วนกลางที่นำไปสู่เยื่อหุ้มสมอง
- เสียงกลายเป็นสัญญาณประสาทที่ไหน?
- ในคอเคลีย ซึ่งเซลล์ขนจะแปลงการสั่นสะเทือนเชิงกลของเยื่อฐานให้เป็นกิจกรรมทางไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนเส้นประสาทหู